8 2019年3月8日编辑：诸玲珍 电话：010-88559290 E-mail：zhulzh@cena.com.cn

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作为全球领先的半导体设备公司，50

多年来应用材料公司一直推动基于材料工

程的技术创新与产业变革。2018 年，应用

材料公司写下了几项重要的里程碑。应用

材料公司提出了一种集成材料解决方案，

通过使用一种新材料 （钴） 作为晶体管接

触和互联的新导电材料来帮助克服晶体管

性能的主要瓶颈。此外，应用材料公司宣

布成立“材料工程技术推动中心”（META

中心），该中心预计将于今年在美国纽约州

开幕启用。META 中心的主要目标是加速

为客户提供新的芯片制造材料和工艺技术

的可行性，从而实现半导体在PPAC上的突

破，同时它也将辅助并拓展应用材料公司

硅谷梅丹技术中心的综合实力。在接受记

者采访时，应用材料公司集团副总裁、应

用材料中国公司总裁余定陆表示：“随着

2019 年的到来，应用材料公司将在‘人工

智能—大数据时代’发挥更加关键的作

用，引领技术拐点的前行，推动行业向前

发展。”

摩尔定律受到新挑战

人工智能和大数据无疑是行业当中的

最热话题。IDC 预测，到 2024 年，目前基

于显示屏的应用将有1/3被采用人工智能技

术的用户界面和过程自动化所取代。而在

这新一轮以人工智能的未来为核心的技术

发展中，半导体技术将不出所料地扮演关

键的角色。清华大学微电子学院教授魏少

军曾指出：“如今的人工智能、大数据、云

计算背后的真正支撑点是芯片，这是人工

智能技术绕不开的话题。”

然而，作为过去 50 年来驱动半导体

发展的主要动力，经典摩尔定律的微缩

正不断受到挑战，仅靠缩小线宽的办法已

经无法同时满足性能、功耗、面积以及信

号传输速度等多方面的要求。举例而言，

目前晶圆制造商的先进工艺已经推进到

7/10 纳米，不断遭遇成本上升、功耗增

加、工艺复杂度提升、成品率下降等方

面的挑战，维持摩尔定律继续推进变得

越来越困难。

因此，寻找能满足人工智能需求的半

导体技术成为未来半导体行业的主要挑

战。这也是半导体技术变革的主要方向之

一。“算法必须借助芯片才能够运行，由于

不同芯片在不同场景中的计算能力不同，

算法的处理速度、能耗也就不同。在人工

智能市场高速发展的今天，人们需要开发

能够以更快速、更低能耗运行并且能适应

人工智能工作量的芯片。”余定陆表示。

从材料工程做起提供解决方案

2018年 11月，应用材料公司宣布，在

纽约州奥尔巴尼的纽约州立大学理工学

院，设立材料工程技术推动中心 （Materi-

als Engineering Technology Accelerator，

META 中心）。中心将配备公司最先进的

工艺系统，以及新的芯片材料和结构所需

的辅助技术，以方便在客户现场进行大批

量试生产。预计于 2019 年开放的 META

中心将使得应用材料公司以新的方式与系

统架构师、芯片设计人员和制造界合作，

同时拓展该公司硅谷梅丹技术中心的综合

实力。

在新闻稿中，应用材料公司总裁兼首

席执行官盖瑞·狄克森指出：“实现人工智

能和大数据的巨大潜能需要在端和云计算

的性能、能耗和成本方面进行重大改进。

半导体行业需要通过创新的材料和微缩方

法实现新的计算架构和芯片。META 中心

创建了一个与客户合作的新平台，通过各

方合作来加速从材料到系统的创新。”

应用材料中国公司首席技术官赵甘鸣

博士进一步解释：“在人工智能时代，半导

体制造工艺将变得日趋复杂，同时也将更

加依赖创新的材料工程解决方案。为了在

芯片的性能、功率和面积成本等方面达到

必要的提升，行业需要一套技术‘新剧

本’，包括开发新的芯片架构、开发芯片

内的新 3D 结构、应用集成新的材料、开

发缩小特征几何尺寸的新方法、采用先进

封装技术等。而上述这些方面的改进，都

需要材料工程的重大突破才能实现。这些

也都是应用材料公司投入大量精力的发展

方向。”

过去的 10 年，应用材料公司平均每年

的研发投入约 10亿美元，2018财年的研发

投入达到了 20 亿美元。在不断投入的同

时，应用材料公司也取得了一系列显著成

果。2018 年 6 月，应用材料公司宣布在材

料工程应用方面取得重大突破，将大幅提

升大数据和人工智能时代的芯片性能。

资料显示，过去半导体厂商根据经典

的摩尔定律，微缩加工就可以改善芯片的

性能、功耗和面积成本。但是随着线宽的

不断微缩，现今诸如钨和铜之类的材料已

无法在10nm节点以下进行微缩，因为它们

的电学性能已达到晶体管通孔和本地互连

的物理限制，这已经成为无法发挥 FinFET

器件全部性能的主要瓶颈。使用钴材料作

为晶体管的接触和互联虽然可以消除这一

瓶颈，但却需要在工艺系统上进行策略性

的改变。随着业界将器件结构微缩到极限

尺寸，材料的性能表现会有所不同，因而

必须在原子层面系统地进行工程，这通常

需要在真空环境下进行。

为了能够在晶体管接触和互联中使用

钴作为新的导电材料，应用材料公司在

Endura 平台上整合了多个材料工程步骤，

包括预清洁、PVD、ALD 以及 CVD。此

外，应用材料公司还推出了一套集成的钴

套件，其中包括 Producer 平台上的退火技

术、Reflexion LK Prime CMP 平台上的平

坦化技术、PROVision 平台上的电子束检

测技术。芯片制造商可以使用这一经过

验证的集成材料解决方案加快产品面市

时间，并提高在 7 纳米节点及以下芯片

的性能。

应用材料公司在中国

2018 年，应用材料公司举办了半导体

技术系列讲座，通过与复旦大学等中国国

内知名学府开展学术合作，将产业实践与

学术理论以深入浅出的方式向高校专业学

生普及，加深学生对材料工程与先进工艺

的认知。应用材料公司正持续帮助中国半

导体行业寻找和培养未来的人才，而全球

人才的发展是人工智能行业未来成长必须

依靠的发展方向。

作为第一家进入中国市场的国际半导

体设备公司，应用材料公司在中国发展的30

余年里始终助力培养本土科技人才和推动

科技教育发展。除上述高校技术系列讲座之

外，应用材料公司还有多元化的人才培养和

发展实践，包括在西安设立全球技术培训中

心，该中心设有千余门行业专业课程，拥有

百余名专家级讲师；针对高校优秀学子的新

锐计划（New Star Program），旨在通过专业

培训与活动，为行业注入新鲜活力；举办工

程师“芯光大道”技术大赛，鼓励工程师提出

技术创新与变革；对于青少年，长期支持上

海科普教育发展基金会的“明日科技之星”

项目，将人才培养与科教发展有机结合，助

力提升青少年科技创新精神和实践能力。展

望未来，应用材料公司将持续专注在材料工

程的技术创新，继续携手学界、产业协会和

政府，为全球高科技人才培养持续助力。

应用材料公司：

以材料工程创新推动AI时代

基于人工智能和大数据的新兴应用有赖于芯片在计算能力、功耗、面积成本（PPAC）等方面的显著改善。与此同时，作为过去50多年来半导体行业进步的主要推手，传统摩尔定律的技术演进正不断受到挑战。未来，半导体行业急需探索持续改进PPAC的新方法，以加速从材料到系统的创新。

本报记者 陈炳欣

SEMICON China 2019 特刊

新增产能遭遇应用市场增长放缓

产能利用率势必回落

一方面，手机、PC 等传统应用市场

增长乏力。2018 年，国内计算机产量同比

下滑 1%，手机产量同比下降 4.1%，其中

智能手机同比下降 0.6%。随着 PC 应用市

场萎缩，4G 手机市场逐渐饱和，国内集

成电路产业面临市场驱动力变革。另一方

面，5G、人工智能等新兴应用市场尚未

规模化兴起。2019 年至 2020 年 5G 正式商

用这段期间，将是手机市场青黄不接，同

时面临行业大洗牌的时期，整体市场驱动

不足也将导致国内市场增长乏力。

此外，芯片企业在 2018 年库存增加同

样会造成短时间内制造订单下降。中芯国

际财报显示，其产能利用率在 2018 年第三

季度达到 94.7%的高峰后，第四季度已经

开始回落。目前看来，2019 年上半年的应

用市场需求偏弱，明显的市场增长点将在

第三季度出现，从而有效推动产能利用率

回升。产线密集落地后，国内用户无法填

补所有新增产能，制造企业需要提前寻找

市场，加速融入全球产业供应链，通过向

国际用户提供产能实现可持续增长。

新增产能工艺制程集中

目标市场潜在竞争压力大

从 各 工 艺 节 点 的 产 能 看 ， 2018 年 ，

28nm 以上工艺产能仍占全球总产能的约

90%，其中0.18μm工艺产能最高，约占全

球的 20%。未来几年，虽然 7nm 是产能增

长最快的工艺制程，但成熟工艺仍占据重

要市场地位。就国内市场而言，除中芯国

际 28nm 扩产、14nm 工艺验证和台积电南

京厂16nm工艺扩产外，国内多数新增产能

主要集中在65nm~90nm的特色工艺和模拟

工艺。同时，产线新增主体较多，2018年

以新主体开建的生产线超过 5 条。产线建

成后，主体分散和布局分散容易形成同质

化竞争，并造成资源浪费。此前 MOSFET

市场人士就有担忧，担心未来国内12英寸

代工厂投产造成产品供过于求，引发产品

价格下降。

此外，新建产线在市场竞争力方面也

不占优势。例如在成本上，台积电的28nm

工艺在 2010 年已开始投产，其生产设备早

已完成折旧，新建产线仅设备折旧一项就

加高了产品成本。针对这一情况，未来应

充分发挥产业主体集中和区域集聚的竞争

优势，鼓励企业通过市场手段合理调配产

能和发展布局。

工艺多样化趋势下的深耕能力

决定企业深层次竞争力

工艺制程的演进一定是推动芯片在性

能、功耗和面积上的全面提升，随着技术

演进，摩尔定律推进已经出现一定程度的

延迟。一方面，先进工艺的开发难度越来

越大，英特尔10nm工艺因此不断推迟而被

台积电反超；另一方面，设计制造成本也

越来越高，能够承担 7nm 芯片设计费用的

客户减少，促使格罗方德和联电放弃了

7nm工艺开发。

因此，各大集成电路制造厂纷纷将

目光投向充分挖掘工艺制程的性能。台

积电在率先推出 7nm 工艺后，又推出了

7nm+工艺；三星在量产 10nm LPP 工艺

后，又推出了名为 10LPU 的第三代 10nm

工艺，从另一个角度实现性能提升。格

罗方德在 2018 年宣布将专注射频、嵌入式

存储器、低功耗定制产品在 14nm、12nm

FinFET 工艺改进，同时重点推动 22DFX

和 12FDX 工艺在低功耗、低成本以及高性

能 RF/模拟/混合信号设计的应用。

国内企业同样需要完善产品线增强竞

争力。中芯国际在 28nm 量产后至今仍不

断开发和完善产品线，未来这一轮产线落

地后工艺的竞争可能将更多地体现在产品

线优化上。

人才综合素质和企业管理能力

将成为竞争的重要因素

国内集成电路产业起步晚，领军人物

不足，人才缺口大。随着未来两年多条产

线的正式投产，人才团队和企业管理问题

将逐步显现。根据 《中国集成电路人才白

皮书 （2017—2018 版）》，截至 2017 年年

底，我国集成电路行业从业人员规模在 40

万人左右，其中技术类从业人员规模为 33

万人左右。到 2020 年前后，我国集成电路

行业人才需求约为 72 万人，我国现有人才

存量 40 万人，人才缺口达到 32 万人。

对集成电路生产线而言，工艺研发需

要整套的高质量管理体系，这就不仅需要

领军人物，还需要一个素质过硬的研发和

管理团队。在生产线数量猛增的情况下，

国内这方面人才将明显不足，高薪挖人和

团队拆分必然出现，由此带来的可能是团

队战斗力的弱化。针对这一问题，政府、

国内外企业都应及早重视并通力合作，打

造相应联盟或平台，共同开展高校培训和

在职培训，制定相应培训计划，打破产业

和教育的壁垒，做好人才资源储备。

IC产线密集落地 工艺深耕成竞争焦点

赛迪智库集成电路研究所 史强

近年，全球集成电路制造企业纷纷在中国大陆新建或扩产生产线，尤其是2017年全球集成电路代工企业资本支出创历史新高，达到233.94亿美元，同比增长13%，使得2018年和2019年

成为新线投产和量产线扩产的关键年份。根据赛迪智库集成电路研究所的统计，截至2018年年底，台积电南京厂投产后，中国大陆已量产的12英寸集成电路生产线达到10条，产能超过51万

片/月。2019年，长江存储、无锡华虹、中芯国际、台积电等产线按期投产/扩产将进一步提升产能，根据已知材料分析，本轮产线建设浪潮仍未投产的新增产能将达到86.5万片/月。产线密集

投产后，中国企业将在产品、技术、人才和供应链等多方面与全球领先的公司展开更为激烈的竞争，期间必然伴随诸多新的考验。

全球代工厂季度产能和产率及预测

数据来源：Gartner 2018.12

2018年全球集成电路代工厂商各工艺节点产能占比